Введение к работе
Актуальность темы. Стремительный прогресс молекулярной генетики, позволивший говорить о принципиальной возможности тотального секвенирования генома человека (Hoffman, 1994; Garver ct зі., 1994; Parker, 1994), казалось, отодвинет на задний план исследования, проводимые в рамках классической генетики. Однако, выяснилось, что существует широкий класс признаков, проявляющихся лишь на уровне целого организма, для большинства из которых не известен первичный продукт гена. К ним относятся многие наследственные болезни человека," такие как ишемическая болезнь сердца, диабет, предрасположенность к некоторым онкологическим заболеваниям и т.д. (McKusick, 1938). Пользуясь только методами молекулярной генетики, нельзя локализовать тот участок секвенированнсй ДНК, который контролирует развитие этих признаков (Delisi, 1988; Garver, Garver, 1994; Juengst,1994). Для этого необходимо объединить возможности молекулярной и классической генетики. Предлагается сначала локализовать ген, ответственный за развитие патологии, на генетической карте, затем - на физической, после чего провести секвенирование (Bishop, 1994; Hoffman, 1994). Для осуществления первого этапа этого процесса - генетического картирования -^ необходим сегрегационный и рекомбинационный анализ, материалом для которого, если речь идет о человеке, служат родословные.
Высказываются опасения, что из-за относительного пренебрежем ния к исследованиям классической генетики, наблюдаемого в последние годы, сбор и анализ семейного материала окажется лимитирующим звеном в процессе выделения генов, контролирующих распространенные наследственные болезни ^Hoffman, 1994). Поэтому сейчас особую актуальность приобретает дальнейшая разработка методов генетического анализа признаков по выборкам родословных. Задача идентификации генов требует прежде всего разработки тех методических направлений генетического анализа, которые способствуют повышению корректности решения о сцеплении и обеспечивают оптимизацию формирования выборки родословных для анализа сцепления.
В данной работе мы ограничились рассмотрением проблем генетического анализа одного класса признаков - альтернативных. В настоящее время ни у кого не вызывает сомнения, что качественные и ко-
/
личественные признаки принципиально не отличаются с генетической точки зрения. Однако существуют методические различия. Описание наследования качественных и альтернативных признаков значительно проще, чем количественных. Это позволяет сосредоточить основное внимание на поставленных в данной работе задачах. Вместе с тем, класс признаков, относящихся к альтернативным, достаточно широк. Так, в генетике человека традиционным является представление "больной - здоровый" или "норма - аномалия" (McKuSick, 1988). Поэтому изучение альтернативных признаков имеет не только теоретический, но и практический интерес.
Цель и задач» исследования. Целью данной работы является дальнейшая методическая разработка генетического анализа альтернативных признаков по выборкам родословных, включающая анализ адекватности некоторых статистических методов и создание новых, направленных на увеличение корректности выводов из результатов генетического анализа, на Оптимизацию получения эмпирического материала и на обеспечение доступности методов генетического анализа широкому кругу генетиков. Для достижения зтой цепи были поставлены следующие задачи:
-
Провести анализ адекватности критериев сцепления и разработать методы оценки точности принятия решения о сцеплении.
-
Изучить точность оценки генетических параметров по выборкам родословных ограниченного размера.
-
Проанализировать наиболее распространенные способы формализации выбора родословных по пробанду и ввести модели, улучшающие их свойства.
-
Изучить последствия неточного указания реальной процедуры выбора по пробанду.
-
Разработать методы оптимального планирования выборки родословных для анализа сцепления, заключающиеся в
избирательном включении в выборку наиболее информативных родословных,
подборе маркера,
" - направленном последовательном расширении родословных.
6. Изучить точность генетического прогнозирования, ее измене
ние при использовании информации о сцепленных маркерных генах.
\
7. Разработать эффективные алгоритмы генетического анализа альтернативных признаков по выборкам родословные, создать пакеты прикладных программ и провести анализ наследования конкретных признаков по реальным выборкам родословных человека.
Научная нэзмэна работы. В результате данного исследования впервые предложена аппроксимация распределения одного из вариантов критерия отношения правдоподобия, используемого при тестировании сцепления, позволяющая установить соответствие между граничным значением критерия и его ошибками / и // рода. Предложен новый метод оценки мощности другого варианта критерия сцепления.
Предложен нозый мзтод формализации выбора родословных по пробанду, расширяющий возможности широко используемой классической биномиальной схемы выбора.
Впервые показано существование области значений, з которую никогда но попадает оценка частоты аллеля, полученная по выборкам родословных. Нахождение истинного значения параметра в указанной области приводит к принципиальной невозможности получения его несмещенной оценки.
Впервые показано, что неточное указание того, среди каких членов родословной выбирался" пробанд, ведет к получению смещенных сценок генетических параметров и ошибочному отвержению менделев-ской сегрегации.
Разработаны новые методы оптимального планирования выборки родословных, позволяющие уменьшить обьем выборки, необходимый для тестирования сцепления.
Создан пакет программ для сегрегационного анализа альтернативных признаков по родословным произвольной структуры, выбранным из популяции по пробанду или в ходе скрининга. Впервые разработана система специального сервисного обслуживания, делающая генетический анализ доступным для широкого круга практических генетиков.
Получены новые знания о генетическом контроле ряда признаков человека: показана возможность моногенного контроля семейного сколиоза, аденоматозного полипоза толстого кишечника и большого набора антропсскопических характеристик. Подтверждена гипотеза о плейо-тропном контроле аденоматозного полипоза и пераичного рака толстого кишечника.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты проведенных исследований позволяют увеличить корректность генетического анализа. Это обеспечивается
разработкой методов оценки точности принятия решения о сцеплении,
созданием новой модели формализации выбора родословных по пробанду,
выявлением ситуаций, когда невозможно получить несмещенные оценки генетических параметров.
Разработан ряд методов, позволяющих оптимизировать процесс формирования выборки родословных для анализа сцепления.
Сформулированы рекомендации по выбору маркера и направленному расширению родословных, приводящие к увеличению популяци-онной точности генетического прогнозирозания.
Создан пакет программ для сегрегационного анализа альтернативных признаков по родословным произвольной структуры, являющийся удобным инструментом, доступным широкому кругу практических генетиков; этот пакет с успехом используется для анализа признаков человека, а также при обучении студентов методам генетического анализа.
Апробация работы. Материалы, представленные в данной диссертации, докладывались на I Всесоюзном съезде медицинских генетиков (Киев, 1984), на V съезде ВОГИС (1987), на III школе-семинаре по генетике и селекции животных (Новосибирск, 1989), на всесоюзном симпозиуме "Многофакторная профилактика ИБС" (Томск, 1989), на II съезде медицинских генетиков (Москва, 1990), на второй всесоюзной конференции "Геном человека-91" (Переславль-Залесский, 1991), на симпозиуме "Патофизиологический анализ факторов риска артериальной гипертензии и атеросклероза" (Новосибирск, 1992), на III съезде медицинских генетиков (Москва, 1994), на I съезде ВОГИС (Саратов, 1994), на IV съезде международного общества генетиков-эпидемиологов (США, 1995), а также на отчетных сессиях Института цитологии и генетики (Новосибирск, 1991 и 1994).
Материалы диссертации опубликованы в 32 работах, выполненных в Секторе методов генетического анализа ИЦиГ в период с 1984 по 1995 год при частичной финансовой поддержке Международного Научного фонда и программ "Геном человека" и "Приоритетные направления генетики" (грант 5.832). Значительная часть исследований выполнена
совместно с Э.Х.Гинзбургом, которому автор выражает глубокую благодарность.
Объем и структура работы. Диссертация содержит 361 страницу машинописного текста (без списка литературы), состоит из введения, 7 глав и выводов. В работе содержится 25 таблиц и 65 рисунков. Указатель цитированной литературы включает 274 источника, в том числе 56 на русском языке.